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수소를 생산하는 미생물인 '해양 초고온 고세균'의 총체적 대사경로가 세계 최초로 규명됐습니다.

이에 따라 고효율 수소생성 균주 개발 및 대사공학(metabolic engineering)을 통한 고효율 수소생산의 기반이 마련됐습니다.

한국기초과학지원연구원 생명과학연구부 정영호, 김승일 박사팀은 한국해양연구원 이정현, 강성균 박사팀과 공동으로 해양 초고온 고세균인 '써모코커스 온누리누스 NA1(Thermococcus onnurineus NA1)'이 개미산 또는 일산화탄소를 먹고 수소를 생성함과 동시에 포도당, 구연산 등의 유기탄소화합물을 생성해 지속적인 증식이 가능하다는 사실을 세계 최초로 규명했습니다.

또 NA1이 갖고 있는 알코올 탈수효소(alcohol dehydrogenase, ADH)가 고온의 수소생성 조건에서 전분을 먹이로 공급할 때 발현이 증가하여 알코올이 보다 효율적으로 생산된다는 사실도 확인했습니다.

바이오수소 생성 초고온 고세균 NA1의 총체적 대사 경로

공동 연구팀은 개미산과 일산화탄소, 전분이 먹이로 포함된 배양조건에서 자란 'NA1'으로부터 단백질을 추출한 후, 수소생성조건에 따른 단백질체 분석을 통해 전체 대사경로를 규명했습니다.

특히 이를 통해 개미산과 일산화탄소가 'NA1'의 에너지원으로서 뿐만 아니라 효율적인 유기탄소원으로 이용될 수 있음을 입증했고, 주요 대사 작용 및 수소생성에 관련된 기능성 단백질들을 규명하는데도 성공했습니다.

초고온성 고세균 NA1의 전자현미경사진

이러한 단일 탄소원자(C-1)로 구성된 기질들이 고세균에서 유기탄소원으로 사용된다는 것은 이번 연구를 통해 최초로 확인된 것입니다.

또 연구팀은 'NA1'이 지금까지 알려진 고세균 미생물 중 최다인 8개의 수소화효소군을 보유하고 있다는 것을 확인했습니다.

이처럼 다수의 수소화효소군을 보유한 경우, 이를 조절함으로써 생산되는 수소의 순도나 효율을 높일 수 있습니다.

특히 이들 수소생성 기능성 단백질들은 향후 고효율 수소 생산 균주 개발에 유용한 단백질 타겟으로 사용될 수 있습니다.

이번 연구로 초고온 고세균 NA1의 총체적 대사경로가 규명됨에 따라, 개미산이 수소 생성을 위한 에너지원으로 이용될 수 있을 뿐만 아니라 일산화탄소와 함께 탄소동화 과정을 거쳐 효율적인 유기탄소원으로 이용될 수 있음을 확인했습니다.

이 같은 연구결과는 향후 고효율 바이오수소 생성 균주 개발에 이용될 전망입니다.

이번 연구결과는 미국 생화학·분자생물학회에서 발간하는 국제 프로테오믹스 분야 세계 최고 권위지인 'Molecular and Cellular Proteomics 지' 의 2012년 6월호에 게재되었습니다.
(논문명 : Proteome analyses of hydrogen-producing hyperthermophilic archaeon Thermococcus onnurineus NA1 in different one-carbon substrate culture conditions. Molecular and Cellular Proteomics (IF=8.354))


<Molecular and Cellular Proteomics 誌내 논문 표지>


'써모코커스 온누리누스 NA1'은 지난 2002년 우리나라의 종합 해양연구선인 온누리호를 이용한 남태평양 파푸아뉴기니 해역 심해 열수구 탐사를 통해 해양연구원 연구팀에 의해 분리됐다.
국토해양부 해양생명공학사업의 '해양 초고온 고세균 이용 바이오수소 생산 기술개발 사업'과 '해양극한생물 분자유전체 연구단의 지원으로 유전체 분석을 완료하였고, 새로운 생명현상인 바이오수소 에너지대사작용을 유전체 및 오믹스 연구를 통해 규명하여 세계적인 국제권위지인 네이처(Nature)에 2010년 9월 16일자로 논문이 게재된 바 있다.
초고온성 미생물 NA1은 고온에서도 파괴되지 않고 활동하는 내열성 효소를 만들 수 있기 때문에 관심이 높았으며, NA1이 산업적으로 응용이 가능한 효소 공급원으로서의 역할을 담당할 수 있을 것으로 기대되어 왔다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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신약 개발은 오랜 시간과 대규모 자금이 소요되는 분야로써, 현재 세계적인 다국적 제약사들이 주도하고 있습니다.

지금까지의 신약 개발 과정은 무작위로 약물 타겟을 찾아가는 블라인드 스크리닝 방법을 사용하기 때문에, 고가의 장비와 인력, 시간이 투입돼야 합니다.

신약개발 과정 중 신약 타겟 및 신약 후보물질 개발에 소요되는 시간이 매우 길기 때문에, 신약 후보물질의 효과적인 검증이 진행되지 못하고 있는 것입니다.

이 기간을 최소화하고 분석효율을 극대화할 경우, 다국적 제약사에 비해 상대적으로 열세인 국내 신약개발 분야도 새로운 신약 후보물질을 다량으로 확보할 수 있게 될 뿐만 아니라 궁극적으로 신약개발 가능성을 획기적으로 높일 수 있습니다.

이와 관련한 '표적지향형 실시간 단백질-단백질 결합 분석 기술 (CUPID; Cell-based Un-/identified Protein Inteaction Discovery)'이 국내 연구진에 개발되고 특허까지 확보했습니다.

이 기술이 개발되기 전에는 단백질 결합분석이 시험관내 또는 제한적인 세포내 실험을 통해서만 확인이 가능했습니다.

이에 따라 이 기술을 통한 신약 후보물질 발굴이 본격 활용될 전망입니다.

한국기초과학지원연구원 생명과학연구부 이지원, 김수현, 김승일 박사 연구팀은 CUPID 및 이를 이용한 결합 저해제 발굴 기술을 개발했습니다.

김수현 박사

이경복 박사

이지원 박사



CUPID는 단백질간의 상호작용을 translocation module과 형광단백질의 움직임을 이용하여 실시간 검출이 가능한 능동형 기술로, 단백질 결합분석을 살아있는 세포에서 직관적으로 분석할 수 있습니다.

가. 단백질결합 및 결합저해 분석, a) 외부자극(PMA)에 의해 p53과 MDM2 단백질의 결합 유도 결과, b) 항암제(Nutlin-3)에 의한 p53과 MDM2 단백질의 결합 저해 결과,

나. 결합유도 및 경쟁적 저해효과 분석, (a) 외부자극(PMA)에 의한 FKBP12 단백질과 FRB 단백질의 비결합 확인, b) Rapamycin에 의한 FKBP12 단백질과 FRB 단백질의 결합 유도, c) FK506에의 Rapamycin에 의해 유도된 FKBP12와 FRB 단백질의 결합 저해 분석 결과.



이는 기존 기술들의 한계인 형광체 간의 수동적 상호작용을 완전 배제한 기술로, 위양성(false-positive) 없이 결합여부를 확증할 수 있는 기술로 인정받고 있습니다.

CUPID을 활용하면 약물타겟에 대한 신약 후보물질을 발굴하거나 곧바로 설계를 진행함으로써 국내 연구자 및 신약개발을 진행중인 제약산업 전반에 효율적인 방법으로 사용될 전망입니다.

기초과학연구원은 이번에 개발된 신기술의 특허 등록을 완료하고 주요 다국적 제약사들과의 기술이전에 관한 논의를 진행하고 있습니다.

황정미 연구원

또 이 기술을 이용해 골다공증과 관절염을 표적으로 하는 화합물 라이브러리 스크리닝 및 표적지향형 항암제 개발에 착수한 상태입니다.


한편 이번 연구결과는 'Angewante Chemie Intl Ed誌; '의 1월호 인터넷 판에 게재됐습니다.
(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201005333/abstract)

※ 논문명 : Direct Monitoring of the Inhibition of Protein?Protein Interactions in Cells by Translocation of PKCδ Fusion Proteins


posted by 글쓴이 과학이야기

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슈퍼박테리아의 항생제 내성을 유발하는 세포막 단백질을 국내 연구진이 밝혀냈습니다.

이에 따라 슈퍼박테리아 ‘아시니토박터 바우마니(Acinetobacter baumannii)’를 제거할 수 있는 새로운 치료제 개발의 기반이 확보됐습니다.

‘아시니토박터 바우마니’는 대표적인 병원성 감염균의 하나로, 면역체계가 약해진 환자나 중증 화상환자를 사망에 이르게 하는 주요 사망 원인균입니다.

아시니토박터 바우마니



특히 ‘아시니토박터 바우마니’는 최근 관련 연구자 사이에서 항생제 내성이 급격히 증가한 것으로 보고됨에 따라 기존 세균감염 치료에 사용하는 모든 항생제로도 치료하지 못하는 슈퍼박테리아 중 하나로 급부상하는 중입니다.

‘아시니토박터 바우마니’는 다른 균으로부터 각종 유전자를 획득해, 치료제로 많이 사용되는 카바페넴 등의 항생제에 대해 내성을 가진다고 합니다.
또 이 외에도 여러 세포막 단백질의 발현과 조절을 통해 병원성 및 항생제 내성을 가지고 있는 것으로 알려지고 있는데요.

박테리아의 항생제 내성에 대해 인간은 보다 강력한 항생제를 개발하는 것으로 대처함에 따라 결국 어떠한 항생제로도 치료하지 못하는 슈퍼박테리아의 출현으로 이어진 것입니다.

한국기초과학지원연구원 생명과학연구부 김승일 박사팀과 경북대 의대 이제철 박사 연구팀은 새로운 슈퍼박테리아로 급부상중인 ‘아시니토박터 바우마니’의 항생제 내성을 일으키는 세포막 단백질을 발굴하고 그 기능을 규명했습니다.

한국기초과학지원연구원생명과학연구부 김승일 박사

경북대 의대 이제철 교수














이에 따라 현재 발표된 대부분의 항생제로도 치료가 불가능한 것으로 알려진 ‘아시니토박터 바우마니’의 치료제를 개발할 수 있는 토대를 마련했는데요.

연구팀은 국내 주요 병원 입원 환자로부터 항생제 내성이 있는 ‘아시니토박터 바우마니’를 추출 한 뒤, 이 균의 세포벽과 세포막에 존재하는 다양한 막단백질의 특성을 단백질체학 기법을 통해 분석했습니다.

단백질체 분석법을 통해 발굴된 세포막 단백질



이번 연구결과는 슈퍼박테리아의 항생제 내성기전의 규명과 슈퍼박테리아를 제거할 수 있는 새로운 치료제 개발에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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